探索的有効性のまとめ:zkEVMとCairo VMの比較分析

有効性のサマリー(バリディティ・ロールアップ)は、安全かつ分散型の方法でイーサリアムのスループットを向上させるための最良の選択肢と考えられています。有効性ロールアップでは、zkEVMとCairo VM(CVM)の2つの主要な仮想マシンタイプが使用されています。

zkEVMはEthereum互換性に焦点を当てていますが、性能とスケーラビリティを犠牲にしています。一方、Starknetが採用しているCairo VMは、互換性よりも性能とスケーラビリティを優先しています。

有効性の概要の核心は、有効性証明を使用して検証可能な計算を行うことです。これらは、トランザクションの実行をオフチェーン環境(の第2層)にオフロードすることによって機能します。第2層のオペレーターは、大量のトランザクションを処理した後、結果と検証のオフチェーン実行の整合性に関する有効性証明をイーサリアムメインネットに返します。この方法により、イーサリアムのトランザクション処理能力を大幅に向上させることができます。

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仮想マシン(VM)は、プログラムを実行できる環境です。zkVMは特殊なVMで、プログラムが正しく実行されたことを証明するための検証可能な有効性証明を生成することができます。zkEVMは一般的に、EVMの実行を証明できる集約システムを指します。

zkEVMとCVMはどちらも効率的な証明を通じてイーサリアムを拡張することを目指していますが、オフチェーンのトランザクション実行VMを選択する際には違いがあります。zkEVMはL2の集約上でイーサリアムの体験を再現しようとし、CVMは効率的な有効性証明を最適化するために設計されています。

zkEVMの目標は、Ethereumの開発環境を完全に第2層ネットワークに移行させることです。これにより、開発者はコードを変更したり、EVMツールを放棄したりすることなく、スマートコントラクトをよりスケーラブルなソリューションに移行できます。しかし、このアプローチの主な欠点は、有効性証明のスケーラビリティの潜在能力が低下することです。EVMが設計される際に証明効率が考慮されていなかったため、システム全体の性能最適化の余地が制限されています。

EVMの証明可能性は幾つかの課題に直面しています:

1. EVMはスタックベースのモデルを採用しており、有効性証明はレジスターベースのモデルにより適しています。

2. イーサリアムのストレージレイアウトは、Keccakおよび大規模なMerkle Patriciaツリーに大きく依存しており、これらは有効性証明の生成に不利です。

したがって、異なるzkEVMソリューションはイーサリアムツールのサポートレベルにおいて異なり、イーサリアムとの互換性が高いほど性能は低下します。

対照的に、Cairo VMは全く新しい専用の仮想マシン設計を採用し、その上にEthereumツールサポートを追加レイヤーとして加えました。CVMは効率的にプログラム実行の有効性証明を生成することを目的として設計されており、以下の利点があります:

1. 各命令には有効な代数表現があり、妥当性証明の生成が最適化されます。

2. 証明可能なプログラムを書くためのRustのような高級言語を提供する。

3.効率的な実行のための高度なカイロとカイロアセンブリ(Sierra)の間の中間表現。

Cairo言語は、計算の記述を生成するための数学的制約の複雑さを簡素化し、開発者が基盤となる数学を理解せずに有効性証明を利用してアプリケーションを拡張できるようにします。

Starknetは多様なコーディング方法をサポートしています:

1. Cairoを直接使用してコードを書く。

2. Warpトランスレーターを使用してSolidityコードをCairoに変換します。

3. Starknet上でzkEVM(をKakarotプロジェクト)のように実行し、Ethereumスマートコントラクトの互換性を実現します。

全体的に見ると、zkEVMはイーサリアム環境の複製を目指しているが、有効性証明の全潜在能力を制限している。Cairo VMは有効性証明システム専用に設計されており、EVMの制約を受けず、より高効率なイーサリアムの拡張を実現できる。Cairoエコシステムの急速な発展に伴い、開発者は現在、ブロックチェーンアプリケーションを拡張するための多様な選択肢を持っている。

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